CN114175683B - 用于测量位移的光学换能器及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于测量膜片(10)的位移的集成式光学换能器(1)，包括膜片(10)、透镜元件(23)和衬底主体(20)，该衬底主体具有波导结构(21)和耦合元件(22)。膜片(10)远离衬底主体(20)并且基本平行于衬底主体(20)的主延伸平面设置。波导结构(21)配置成将光从光源(30)引导到耦合元件(22)，并且从耦合元件(22)引导到光电检测器(31)。耦合元件(22)被配置成将波导结构(21)中的光的至少一部分耦合到在耦合元件(22)与膜片(10)之间的光路上，并且将膜片(10)的表面反射的光从光路耦合到波导结构(21)中。透镜元件(23)设置在光路上，使得光路上的光穿过透镜元件(23)。

Description

用于测量位移的光学换能器及方法

本公开涉及一种用于测量膜片的位移的光学换能器和一种用于测量所述位移的方法。

用于感测动态压力变化的微机电系统(MEMS)换能器被广泛应用于现代消费电子产品中，特别是用作用于感测声频带中的压力波的麦克风。高度集成的MEMS麦克风从中发挥重要作用的常见示例包括诸如便携式电脑、笔记本电脑和平板电脑的便携式计算设备，以及如智能手机或智能手表的便携式通信设备。虽然现代换能器通常依赖于电容式读出——其例如对于高端音频应用是足够的——但诸如语音识别和深度学习应用的新兴应用要求增大的信噪比，超出现有电容换能器的能力。

要实现的目的是为高灵敏度、低噪声换能器提供改进的构思。

这个目的通过独立权利要求的主题实现。在从属权利要求中定义了改进构思的实施例和改进方案。

改进的构思基于以下思路，即提供一种集成式光学换能器，该集成式光学换能器依赖于对受动态压力变化影响的机械兼容对象(诸如膜片)的位移的干涉测量读出。此外，改进的构思通过确保光学读出方案的高效率和最小损耗，实现了对位移的高灵敏度测量。

特别地，根据改进构思的用于测量膜片位移的光学换能器包括膜片、透镜元件和具有波导结构和耦合元件的衬底主体。膜片远离衬底主体且平行于或基本平行于衬底主体的主延伸平面设置。波导结构配置成将光从光源引导到耦合元件，并从耦合元件引导到光电检测器。耦合元件配置成将波导中的光的至少一部分耦合到耦合元件与膜片之间的光路上，并且将由膜片的表面反射的光从光路耦合到波导结构中。透镜元件在光路上设置成使得光路上的光穿过透镜元件。

例如，根据改进构思的光学换能器包括具有MEMS膜片的MEMS管芯，该MEMS膜片的外侧暴露于引起膜片位移的动态压力变化。MEMS膜片例如是由诸如氮化硅、晶体硅或多晶硅的材料制成的悬浮膜。例如，通过由诸如硅的材料制成的夹持结构来实现抑制。为了暴露于动态压力变化，膜片的外侧面向光学换能器的环境。因此，膜片的内侧面向衬底主体。

衬底主体例如是与MEMS管芯分开制造的第二管芯，并且可以包括设置在衬底(诸如硅衬底)上的ASIC的有源电路。衬底主体还包括实现MEMS膜片的位移的干涉测量读出所必需的光学元件。这些元件包括波导结构和耦合元件，该耦合元件例如是用于使光束分束和组合的分束器。可选地，衬底主体还包括用于光学分析和产生电子干扰信号的光电检测器，诸如硅光电二极管。

为了形成光学换能器，膜片和衬底主体相对于彼此设置，使得在膜片与衬底主体之间形成腔，其中，腔的特征在于具有一定间隙高度的间隙。例如，MEMS管芯和衬底主体结合在一起，例如遵循传统的晶圆结合技术，该技术可以是粘合或共晶类型。

膜片、波导结构和耦合元件形成光学干涉仪，诸如马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪或迈克尔逊(Michelson)干涉仪，光学干涉仪依赖于耦合元件，将波导结构内的部分光作为探测光束分束并导向到光路上，朝向膜片的表面(例如内侧的点或表面)。例如，膜片由反射材料制成或具有诸如反射涂层的反射目标。特别地，膜片没有光栅，即膜片没有图案、穿孔、结构等。此外，干涉仪不包括设置在耦合元件与膜片之间或远离膜片的朝向衬底主体的一侧的背板，所述背板诸如是反射背板或具有光栅的穿孔背板。

在撞击到所述表面并被所述表面反射后，探测光束在光路上被引导回耦合元件，并与波导结构中的剩余光重新组合，波导结构中的剩余光即未耦合到光路上的那部分光，可以称为参考光束。干涉信号是由探测光束的光路的长度变化产生的，探测光束的光路的长度变化是例如由膜片的位移引起的，该膜片的位移是由动态压力变化引起的振动引起的。这会导致探测光束相对于参考光束的相移。由此产生的相位差在重新组合的光束(即所谓的叠加光束)中产生干扰信号，可以通过光电检测器检测和分析该干扰信号，以提供有关膜片位移的信息。

耦合元件例如是诸如布拉格(Bragg)光栅耦合器的光栅耦合器。通常，使用这种耦合元件从波导结构耦合到自由空间的光的特征在于显著的光束发散。这种光束发散如果不对其校正会导致相当一部分的光从波导结构以相对于光路的成角度地耦合，使得其在被膜片反射后不会照射到耦合元件上。换句话说，光束发散导致干涉测量读出方案中显著的光学损耗，从而导致位移测量的灵敏度下降。

为了克服这一限制，在光路中使用透镜元件，以解决发散并确保干涉仪的高效率，即可忽略的光学损耗。例如，透镜元件是形成一定长度的单一材料，诸如双凸、平凸或菲涅耳(Fresnel)透镜。例如，透镜元件的材料是诸如氧化物或玻璃的透明材料。在上下文中，材料的透明度是指在光源的波长下的透明度。例如，光源是工作在近红外波长(诸如980nm)下的激光光源。

在一些实施例中，透镜元件被配置成在穿过透镜元件的光路上准直来自耦合元件的光，并将来自膜片的光聚焦在穿过透镜元件的光路上。

在这些实施例中，透镜元件通过准直从耦合元件穿过透镜元件的光路上的光来校正发散。在它被膜片反射并第二次穿过透镜元件后，光以与初始发散相对应的方式朝向耦合元件聚焦。准直的优点在于在透镜元件与膜片之间的光平行于光路传播。此外，在反射之后，来自膜片的几乎所有光再次被透镜元件捕获并聚焦，使得光路上的几乎所有光借助于耦合元件耦合回到波导结构中。换句话说，当透镜元件使从耦合元件接收的光路上的光准直时，反射后从膜片接收的同样准直的光是模式匹配的，以便有效耦合回到波导结构中。

在一些实施例中，透镜元件被配置成补偿从耦合元件接收的光路上的光的发散。

从这个意义上说，补偿光束发散意味着发散被逆转。例如，透镜元件准直发散光。相应地，透镜元件以对应于特定发散的方式聚焦准直光。

在一些实施例中，透镜元件垂直于光路设置，并且透镜元件的直径基本上对应于光路上的光在透镜元件的位置处的光束直径。

这些实施例既确保捕获光路上的基本上所有光，又确保有效地准直发散光并在整个光束直径上聚焦准直光。选择透镜元件的直径以对应于在透镜元件的位置处的光束的直径，进一步确保透镜元件尺寸合适，从而不会因提供直径过大的透镜而浪费任何材料。因此，对于给定的发散度，靠近耦合元件的位置意味着透镜元件的所需直径较小。

在一些实施例中，透镜元件设置在膜片的表面上。

为了避免在光路上设置透镜元件的任何附加支撑结构，这些实施例中的透镜元件被设置在膜片的表面(即内表面)上或膜片的反射目标上。例如，透镜元件是在膜片的内表面上沉积的、图案化的和结构化的氧化层，例如二氧化硅层。

在一些实施例中，透镜元件设置在透明间隔件体上，该透明间隔件体设置在耦合元件与膜片之间。

透镜元件可以设置在耦合元件与膜片之间的任何位置。对于这种布置，透明间隔件体可以设置在衬底主体或膜片的表面上。然后透镜元件被设置在间隔件体的表面上。或者，透镜元件包括在间隔件体中，例如作为间隔件体的结构化表面。间隔件体可以相对于光源的波长是透明的，并且可以是诸如氧化物的材料。

在一些实施例中，透镜元件设置在耦合元件的表面上。

如上所述，由于其发散而耦合到光路上的光束直径在耦合元件的位置处最小。因此，与在光路上远离耦合元件设置的透镜元件相比，设置在耦合元件的表面上的透镜元件在能够捕获耦合到光路上的所有光的同时可以较小。

在一些实施例中，光路基本上垂直于衬底主体的主延伸平面和/或膜片的表面。

由于膜片的位移通常在相对于其主延伸平面垂直的方向上最大，因此以相应的方式定向光路具有能够以最大灵敏度探测光圈位移的优点。同样，膜片的垂直反射意味着膜片的表面反射的之前和之后的光路彼此对应，使得相同的光学元件(诸如透镜元件)能够用于两个传播方向。由于膜片平行于衬底主体的主延伸平面设置，因此垂直于膜片设置光路等同于垂直于衬底主体设置光路。

在一些实施例中，耦合元件被配置成以与透镜元件的数值孔径相对应的发散将来自波导结构的光耦合到光路上。

使耦合元件的发散与透镜元件的数值孔径同步，表征透镜元件能够接受光的角度范围，意味着例如在准直和/或聚焦方面，耦合元件的发散能够被充分考虑。例如，能够通过调整波导结构相对于自由空间的阻抗来设计耦合元件。替代地或附加地，可以通过在波导结构内对光的限制程度来控制发散。该限制由波导结构的芯与包层之间的对比度(即尺寸和/或材料)来确定。低对比度意味着低限制程度和显著的倏逝波。高对比度意味着高限制程度，因此是低的倏逝波。与给定光栅耦合元件的具有低限制的波导结构相比，波导的大的限制导致波导结构与自由空间之间的阻抗的大的失配，导致较大的发散。

在一些实施例中，衬底主体还包括光源和/或光电检测器。

光源可以是诸如激光器的相干光源。片上解决方案包括集成式半导体激光器，例如垂直腔面发射激光器VCSEL。这些激光器可以具有足够小的尺寸，以便包括在特定应用的集成电路中，该特定应用的集成电路可以包括在用于提供源光束的光学换能器的衬底主体中。如果衬底主体还包括诸如硅光电二极管的光电检测器，则光学换能器能够独立工作，无需外部光源或外部光电检测器。

在一些实施例中，光源的波长是可调节的。

如上所述，膜片和衬底主体形成腔的两端，光路与腔的轴线相对应。然而，由于制造过程中的缺陷或公差，传感器的实际尺寸可能会偏离设计尺寸。例如，腔长度的变化可达5μm，因此最终小于或大于设计长度。首先，干涉仪的特性补偿腔长度的任何变化。此外，光源波长的调谐有助于实现干涉仪在高增益区域的操作，在该高增益区域中，实现膜片的位移测量的最大灵敏度。

在一些实施例中，波导结构、耦合元件和膜片形成干涉仪，特别是不平衡干涉仪。

膜片(即膜片的反射目标)和耦合元件形成腔，其中，腔的光轴对应于光路。在迈克尔逊干涉仪或马赫-曾德尔干涉仪中耦合元件充当分束器，其中，探测光束是光被耦合元件划分(即耦合到光路上)的一部分，并通过反射探测膜片。反射后，光通过耦合元件与参考光束组合，以形成组合的叠加光束。与基于光束以入射角的简单反射并跟踪反射光束照射到(分段)光电检测器的位置的传统光学探测相比，干涉测量读出提供的灵敏度要高出几个数量级。

在一些实施例中，光源的波长是可调节的，并且设置为使得实现干涉仪的特定预定工作点。

为了达到最大灵敏度，干涉仪能够专门在高增益区域中工作。为此，可以对光源的探测波长进行调谐以实现参考光束与探测光束之间的特定平均相位差。例如，可以调谐光源，使得探测波长为腔的共振波长。

通过包括根据上述实施例之一的光学换能器的电子设备(诸如音频设备或通信设备)进一步解决该目的。光学换能器被用作光学位移传感器，其被配置成检测压力变化，特别是以与音频频率对应的速率的动态压力变化。

通过测量膜片的位移的方法进一步解决了该目的。该方法包括提供用于将光从光源引导至耦合元件并从耦合元件引导至光电二极管的波导。该方法还包括通过耦合元件将波导中的至少部分光耦合到耦合元件与膜片之间的光路上，以及通过耦合元件将膜片的表面反射的光从光路耦合到波导结构中。该方法还包括将透镜元件设置在光路上，使得光路上的光穿过透镜元件，并根据光电二极管接收的光产生电子信号。

通过上述光学换能器的实施例，该方法的另外的实施例对于本领域技术人员来说变得显而易见。

对示例实施例的附图的以下描述可以进一步说明和解释改进构思的各个方面。具有相同结构和相同效果的光学换能器的部件和零件分别以相同的附图标记出现。在不同附图中，只要传感器的部件和零件在其功能方面彼此对应，则以后附图均不对其重复描述。

图1示出了根据改进的概构思的集成光学换能器的实施例的横截面图；

图2示出了集成光学换能器的另外的实施例的横截面图；

图3示出了集成光学换能器的另外的实施例的横截面图；以及

图4示出了集成光学换能器的另外的实施例的横截面图；以及

图5说明了集成光学换能器的实施例中使用的非平衡干涉仪的工作原理。

图1示出了根据改进的构思的集成式光学换能器1的实施例的横截面图。换能器1包括MEMS膜片10和衬底主体20。MEMS膜片10可以是MEMS管芯的一部分，该MEMS管芯在单独的制造工艺之后例如与衬底主体20熔合接触，该衬底主体可以是ASIC管芯。例如，熔合接触经由标准晶片结合技术来实现。膜片10和衬底主体20可以是集成光学换能器1的仅有的管芯。

MEMS膜片10例如是由硅或多晶硅之类的晶体或多晶硅材料、电介质或金属制成的悬浮膜。配置成对声波敏感的膜片10的典型直径约为0.25mm至1.5mm的量级。膜片10包括在换能器1的环境2下暴露于诸如声波的动态压力变化的第一侧。膜片10还包括面向衬底主体20的第二侧。在该可称为内侧的第二侧上设置有反射目标11。在这种意义上，反射意指反射目标11对于特定探测波长的光是反射的。反射目标11例如通过诸如金属的反射材料的涂层来实现。或者，膜片10可以是反射材料，使得内表面本身是反射的。

膜片10的悬置通过悬置结构12实现，该悬置结构夹持膜片10，并且可以由单一材料制成，单一材料例如诸如硅的MEMS管芯的衬底材料，或者可以包括一种以上的材料。悬置结构12还可以用作用于将MEMS管芯结合到衬底主体20的结合结构。

膜片10被设置成远离且平行或基本平行于衬底主体20，即膜片10与衬底主体20之间的角度小于5°，使得形成由膜片10的反射目标11和衬底主体20描绘的光学腔。在衬底主体20与膜片10之间形成的间隙等于或大于100μm，特别是等于或大于200μm。此外，换能器，特别是腔，没有传统换能器中常见的穿孔背板。腔的光轴被称为光路。

衬底主体20包括例如专用集成电路ASIC，其配置成检测膜片10的偏转，例如由于膜片10的振荡而引起的周期性偏转，其在图1中由虚线指示。为此，衬底主体20包括光学元件，该光学元件包括波导结构21和耦合元件22。ASIC管芯20还可以包括相干光源30，例如具有980nm探测波长的VCSEL。或者，波导结构被配置成接收来自外部(即单独的)光源的光。

波导结构21被配置成限制光并将光从光源30引导到耦合元件22。耦合元件22被配置成将波导结构21内的部分光作为探测光束分离并定向到光路上，朝向膜片10的反射目标11。在照射到反射目标11并被其反射后，探测光束在光路上被引导回耦合元件22，并与波导结构20中的剩余光(即未耦合到光路上的那部分光，可以称为参考光束)重新组合。

既具有位移测量的高灵敏度又具有高效率，意味着低光损耗，则采用使用单个耦合元件22的测量装置要求从波导结构21耦合到光路上的几乎所有光以垂直方式撞击反射目标11。耦合元件22例如是光栅耦合器，诸如布拉格光栅耦合器。使用这种耦合元件从波导结构耦合到自由空间的光具有不可忽略的光束发散特性。如果不进行校正，该光束发散导致从波导结构21耦合的光的很大一部分为相对于光路具有角度θ的光锥。在本示例中，θ的典型值约为10°。这可能导致光的大部分未照射反射目标11上，并因此被损失。此外，当发散传播时，并非所有被反射目标11反射的光都会照射回耦合元件22上。

为了克服由发散引起的所述损耗，透镜元件23被设置在反射目标11与耦合元件22之间的光路上。在本实施例中，透镜元件被设置在间隔件24上。间隔件24相对于探测波长是透明的。例如，间隔件24是一层诸如氧化物的透明材料，其被设置衬底主体20的在面向膜片10的表面上。在光路方向上测量的间隔件的厚度可以约为几微米。在间隔件24的面向膜片10的表面上设置有透镜元件23，在本实施例中，该透镜元件是平-凸透镜。透镜元件23同样由诸如氧化物或玻璃的透明材料制成。透镜元件23的材料可以与间隔件24的材料相同。透镜元件23被设置和配置成捕获从耦合元件20耦合到腔中的所有光。

透镜元件23还配置成补偿耦合元件22的发散角θ。换句话说，透镜元件23准直从耦合元件22接收的光。为此，透镜元件23的焦点对应于耦合元件22的虚拟焦点VF，其中，虚拟焦点VF可以如图1所示沿与膜片10相对的方向远离衬底主体20。此外，透镜元件23的直径基本上对应于光路上的光在透镜元件23的位置处的光束直径，即光锥的直径。

准直的光照射在反射目标11上并以相同的垂直方式反射离开膜片10，该反射目标的直径与光路上的准直的光束的直径相同。在该返回路径上，透镜元件23聚焦具有与耦合元件22的虚拟焦点VF所描述的焦距相对应的焦距的光，使得在被反射目标11反射之后，光路上的几乎所有光被有效地耦合回到波导结构21中。需要强调的是，膜片10的偏转通常比腔长度小几个数量级，使得对于膜片10的任何偏转都会产生垂直照射。

衬底主体20还可以包括另外的耦合元件25，例如用于将来自光源30的光耦合到波导结构21中，并且将来自波导结构21的光耦合到光电检测器31。光源30和可以是光电二极管的光电检测器31例如包括在衬底主体20中。

光电检测器31被配置成产生由探测光束的光路的长度变化产生的电子干涉信号，该变化尤其是由膜片10的位移引起的，该位移是由环境2下的动态压力变化引起的振动引起的。因此，电子干涉信号提供了关膜片10的位移的信息。

照射到膜片10上的光的总路径长度，即从光源30到光电检测器31的光程长度，与未耦合到光程上的光的路径长度相差约为两倍的腔长度。因此，换能器实现了非平衡干涉仪，特别是非平衡迈克尔逊或马赫-曾德尔式干涉仪。为了在干涉仪的期望高增益区域中工作，即在参考光束的路径长度与探测光束的路径长度之间的某个平均相位差下工作，光源31可以是可调谐的，以便相应地调节探测波长。例如，光源31是经由偏置电压可调谐的VCSEL。

图2示出了基于图1的实施例的集成光学换能器的实施例的横截面图。在本实施例中，透镜元件23被设置在反射目标11的表面上。对于衬底主体20和膜片10之间的给定间隙(即腔长度)以及对于耦合元件22的给定发散角θ，需要根据透镜元件23与耦合元件22之间的距离来调节反射目标11和透镜元件23的直径。与图1所示的实施例相比，如果透镜元件23设置在反射目标11的表面上，即设置在距耦合元件22更大的距离上，则透镜元件23和反射目标11的都具有更大的直径。

本实施例的优点可以是缺少间隔件24，从而使制造过程保持在更简单的水平，并且材料清单尽可能短。此外，如图2所示，本实施例需要与图1相比具有更大焦距的透镜元件23，这可以例如由于更大的孔径而进一步提高透镜元件23的效率。

在未示出的替代实施例中，可以使用与图1相同的透镜元件23和相同的反射目标11，其中，与图2中一样，透镜元件23被设置在反射目标11的表面上。在这样的实施例中，需要较低的发散θ，使得在这种情况下，基本上所有的光也都被透镜元件23捕获。对于给定的耦合元件22，发散θ可以通过为波导结构21设计相应程度的光限制来调整。如果波导结构21具有较大程度的限制，则当光耦合到光路上时，波导结构21与自由空间之间存在较大的失配，这相当于大的发散θ。相反，波导结构21的较低程度的限制意味着较小的光发散。

因此，对于给定的耦合元件22和透镜元件23(后者安装在诸如光子晶片的间隔件24上)，波导结构21可以具有大的程度的限制，使得发散同样大，并且所有光仍然被透镜元件23捕获。相反，如果所述透镜元件23被设置在反射目标11的表面上，即其被设置在距耦合元件22更大的距离处，则波导结构21需要具有小程度的限制，以确保小的发散，使得所有光仍然被透镜元件23捕获。

图3示出了基于图1的实施例的集成光学换能器的实施例的横截面图。在本实施例中，透镜元件23是菲涅耳透镜。菲涅耳透镜是一种紧凑型透镜，其设计允许大孔径和短焦距，类似于诸如普通平-凸透镜的常规透镜，其优点是形成透镜元件23所需的体积和质量显著减少，从而节省大量的透镜材料。

图4示出了基于先前图1至图3的实施例的集成式光学换能器的实施例的截面图。与图2所示的实施例类似，本实施例中的透镜元件23同样设置在膜片10的反射目标11的表面上。在本实施例中，透镜元件23是微菲涅耳透镜。与图3所示的实施例相比，这种类型的透镜需要更少的体积和质量，因此构成了提供透镜元件23的更有效的方式。微菲涅耳透镜可以通过激光束光刻在反射目标11的表面上形成，因此构成形成透镜元件23的简单过程。

图5说明了图1至图4所示的集成光学换能器的实施例中使用的非平衡干涉仪的工作原理。源光束SB(尤其是在探测波长下的激光)由光源30发射，并经由波导结构21引导至耦合元件22。在这里，光被分束为参考光束RB和探测光束PB。如上所述，参考光束RB保持在波导结构21内，而探测光束PB则耦合到腔中的光路上。例如，耦合元件22以50/50的比率分束。在与膜片10的反射目标11相互作用后，探测光束PB被引导返回耦合元件22，在那里它被耦合到波导结构21中，并因此与参考光束RB重新组合，并且与后者一起作为组合叠加光束CB定向到光电检测器31，在该光电检测器中基于由检测到的叠加光束CB产生的光电流生成干涉信号。

该附图强调并可能夸大参考光束RB与探测光束PB之间的不平衡，然而，路径长度的差异可以为光源30的相干长度的数量级或小于该数量级。图中的光源30包括用于提供控制电压的电路，该控制电压调整探测波长，以便干涉仪在期望的高增益状态下工作。例如，探测波长被调谐到腔的共振波长。

如所述的，图1至图4中示出的实施例代表集成光学换能器1的示例性实施例，因此它们不构成根据改进构思的所有实施例的完整列表。例如，实际的换能器配置可能在形状、尺寸和材料方面与所示实施例不同。

根据所示实施例之一的换能器1可以方便地应用于需要紧凑型高灵敏度的换能器来检测小的动态压力变化的各种应用中，特别是在用于检测声波的音频频带中。可能的应用包括在诸如便携式电脑、笔记本电脑和平板电脑的计算设备中用作语音识别和深度学习目的的声学麦克风，但也可用于针对附加部件的空间极其有限的智能手机、智能手表、头戴式耳机和入耳式耳机等便携式通信设备。

附图标记说明

1集成式光学换能器

2环境

10膜片

11反射目标

12悬置结构

12第一侧

20衬底主体

21波导结构

22耦合元件

23透镜元件

24间隔件

25另外的耦合元件

30光源

31光电检测器

CB叠加光束

PB探测光束

RB参考光束

SB源光束

VF虚拟焦点

Claims (18)

1.一种用于测量膜片(10)的位移的集成式光学换能器(1)，所述光学换能器(1)包括所述膜片(10)、透镜元件(23)和衬底主体(20)，所述衬底主体具有波导结构(21)和耦合元件(22)，其中，

-所述膜片(10)远离所述衬底主体(20)设置；

-所述膜片(10)平行或基本平行于所述衬底主体(20)的主延伸平面设置；

-所述波导结构(21)配置成将光从光源(30)引导到所述耦合元件(22)，并且从所述耦合元件(22)引导到光电检测器(31)；

-所述耦合元件(22)配置为分束器，以便将所述波导结构(21)中的光的一部分作为探测光束(PB)耦合到所述耦合元件(22)与所述膜片(10)之间的光路上，其中，所述波导结构(21)中的剩余光形成参考光束(RB)；

-所述耦合元件(22)还配置为将探测光束(PB)的由所述膜片(10)的表面反射的光从所述光路耦合到所述波导结构(21)中，在所述波导结构(21)中，所述探测光束(PB)的由所述膜片(10)的表面反射的光与所述参考光束(RB)重新组合以形成定向到所述光电检测器(31)的组合的叠加光束(CB)；以及

-所述透镜元件(23)设置在所述光路上，使得所述光路上的光穿过所述透镜元件(23)。

2.根据权利要求1所述的光学换能器(1)，其中，所述透镜元件(23)配置成

-在穿过所述透镜元件(23)的光路上准直来自所述耦合元件(22)的光；并且

-使来自所述膜片(10)的光聚焦在穿过所述透镜元件(23)的光路上。

3.根据权利要求1或2所述的光学换能器(1)，其中，所述透镜元件(23)配置成补偿从所述耦合元件(22)接收的光在光路上的发散(θ)。

4.根据权利要求1或2所述的光学换能器(1)，其中，所述透镜元件(23)垂直于所述光路设置，并且所述透镜元件(23)的直径对应于所述光路上的光在所述透镜元件(23)的位置处的光束直径。

5.根据权利要求1或2所述的光学换能器(1)，其中，所述透镜元件(23)设置在所述膜片(10)的表面上。

6.根据权利要求1或2所述的光学换能器(1)，其中，所述透镜元件(23)设置在透明间隔件(24)上，所述透明间隔件设置在所述耦合元件(22)与所述膜片(10)之间。

7.根据权利要求1或2所述的光学换能器(1)，其中，所述透镜元件(23)设置在所述耦合元件(22)的表面上。

8.根据权利要求1或2所述的光学换能器(1)，其中，所述光路基本上垂直于所述衬底主体(20)的主延伸平面和/或所述膜片(10)的表面。

9.根据权利要求1或2所述的光学换能器(1)，其中，所述耦合元件(22)配置成以与所述透镜元件(23)的数值孔径相对应的发散(θ)将来自所述波导结构(21)的光耦合到光路上。

10.根据权利要求1或2所述的光学换能器(1)，其中，所述衬底主体(20)还包括所述光源(30)和/或所述光电检测器(31)。

11.根据权利要求1或2所述的光学换能器(1)，其中，所述光源(30)的波长是可调节的。

12.根据权利要求1或2所述的光学换能器(1)，其中，所述波导结构(21)、所述耦合元件(22)和所述膜片(10)形成干涉仪。

13.根据权利要求12所述的光学换能器(1)，其中，所述光源(30)的波长是可调节的，并且设置为使得实现干涉仪的高增益操作状态。

14.根据权利要求12所述的光学换能器(1)，其中，所述干涉仪是不平衡干涉仪。

15.一种包括根据权利要求1至14之一所述的光学换能器(1)的电子设备，其中，所述光学换能器(1)用作光学位移传感器，所述光学位移传感器被配置以检测压力变化。

16.根据权利要求15所述的电子设备，其中，所述电子设备为音频设备或通信设备。

17.根据权利要求15所述的电子设备，其中，所述压力变化是具有与音频频率对应的速率的动态压力变化。

18.一种用于测量膜片(10)的位移的方法，所述方法包括

-提供用于将光从光源(30)引导至配置为分束器的耦合元件(22)，并从所述耦合元件(22)引导至光电检测器(31)的波导结构(21)；

-通过所述耦合元件(22)将波导结构(21)中的光的一部分作为探测光束(PB)耦合到所述耦合元件(22)与所述膜片(10)之间的光路上，其中，所述波导结构(21)中的剩余光形成参考光束(RB)；

-借助于所述耦合元件(22)将探测光束(PB)的由所述膜片(10)的表面反射的光从所述光路耦合到所述波导结构(21)中，在所述波导结构(21)中，所述探测光束(PB)的由所述膜片(10)的表面反射的光与所述参考光束(RB)重新组合以形成定向到所述光电检测器(31)的组合的叠加光束(CB)；

-将透镜元件(23)设置在所述光路上，使得所述光路上的光穿过所述透镜元件(23)；以及

-根据由所述光电检测器(31)接收到的光产生电子信号。